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          PCD刀具加工鋁合金表面粗糙度及刃口磨損分析

          發布時間: 2020-06-29 發布者: 富耐克應用研究中心

          PCD刀具材料硬度高、導熱性好、摩擦系數小,使得切削力降低、刀具磨損緩慢、切削過程更為穩定,有利于降低表面粗糙度。高速車削時工件表面可達到鏡面效果,是目前車削鋁合金理想的刀具材料。在使用過程中應關注工件表面粗糙度和刃口磨損情況。

          對鋁合金工件表面粗糙度影響因素如表1所示:

          表1

          影響因素

          變化

          粗糙度變化

          進給量

          增大

          增大

          切削速度

          增大

          減小至一定值后趨穩

          切削深度

          增大

          不明顯

          金剛石粒度

          增大

          增大

          PCD刀具加工鋁合金刃口的磨損形式與傳統刀具有所不同,主要表現為粘結磨損、擴散磨損和聚晶層破損,其特點如表2所示:

          表2

          刃口磨損形式

          特點

          粘結磨損

          采用不同線速度加工鋁合金,肉眼未見粘刀現象及積屑瘤,為非主要磨損方式。

          擴散磨損

          切削鋁合金時具有優異的抗擴散磨損能力,很適合加工鋁合金,為非主要磨損方式。

          聚晶層破損

          物理機械破損,在加工過程中刃口受到沖擊造成細微崩口或粘結劑丟失造成金剛石顆粒的剝落形成豁口,出現聚晶層破損會直接影響加工精度并使工件報廢。目前為PCD磨損的主要原因。

          刃口磨損主要應對措施:

          (1)合理選擇PCD牌號

          精加工或超精加工,應選用強度高、韌性好、抗沖擊性能好、粒度細的PCD刀具。粗加工一般選擇粗顆粒PCD,PCD顆粒越粗,刀具的抗磨損性能越強。在保證加工精度和質量的前提下,優先選用粒度粗的PCD。

          (2)合理選擇刃口形式

          表3

          刃口形式

          特點

          適合加工鋁合金種類

          尖銳角

          刃口鋒利,切削輕快,可明顯減小切削力,提高加工表面質量,減少毛刺的形成。

          低硅鋁合金精加工

          鈍圓

          將刀具刃口鈍化出一個R角,可明顯降低刀刃折斷的風險。

          中/高硅鋁合金

          倒棱

          增大刀刃的棱角,使其更穩固,但切削加工時刀刃受到的壓力和切削抗力也會增大。

          高硅鋁合金的重載切削

          (3)合理選擇刀具角度

          PCD刀具主偏角在鋁合金加工中主要起到提高刀具強度和分配切削力的作用,主偏角小時,切削寬度長,單位切削刃長度上受力小;主偏角增大,徑向分力減小,切削平穩,切削厚度增大,斷屑性能好。

          (4)合理選擇刀具圓角

          刀具圓角即刀具主切削刃與副切削刃相交處形成的一個圓角,對加工來說,圓角增強了刀尖強度。同樣的進給下,圓角越大,表面粗糙度越好。在獲得同樣加工粗糙度情況下,大圓角刀片可實現低轉速大進給。一般情況下,圓角越大越好,但受切深和工件、機床剛性限制需要有一個匹配的值,并非越大越好。

          (5)合理選擇加工參數

          一般情況下,PCD刀具加工鋁合金切削速度建議在4000m/min內,孔加工速度建議在800m/min內。若進給量過大,將增加工件上殘余的幾何面積,導致切削力增大;若進給量過小,會使切削溫度上升,降低切削壽命,一般推薦進給量為0.08-0.15mm/r。增加PCD刀具的切深會使切削力增大、切削熱升高,從而增加刀具磨損,也容易引起崩刃。但是切深過小會造成加工硬化,加快刀具磨損甚至崩刃。

          綜上所述,在加工鋁合金工件時應合理選擇PCD牌號,合理設計刀型,合理選擇正確的加工工藝參數,使加工工件表面光潔度好,刀具磨損程度降低,延長刀具使用壽命,降低生產成本。

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